- Đặc điểm phân loại: Theo khóa phân loại của Bergey, chi Bacillus là một chi lớn và đa dạng, được phân loại như sau:
Giới: Bacteria Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Bacillales Họ: Bacillaceae Chi: Bacillus
VK Bacillus được Ehrenberg mô tả lần đầu tiên năm 1835 là “Virbrio subtilis”. Năm 1872, Cohn đặt tên lại là B. subtilis(Gordon, 1981). Họ Bacillaceae
được chia làm 5 chi gồm: Bacillus, Sporolactobacillus, Clostridium, Sporosarcina, Desulfortomaculum, đặc trưng của họ này là hình thành nội bào tử [45], [49].
- Đặc điểm hình thái: TB hình que, thẳng hoặc gần thẳng, kích thước 0,3 - 2,2 x 1,2 -7 µm. Các TB thường xếp thành cặp hay chuỗi, đầu tròn hoặc hơi vuông. Là
VK Gram dương, hầu hết có catalase dương tính. Chúng thường di động nhờ roi. Một TB chỉ có thể hình thành duy nhất một nội bào tử, nội bào tử có hình oval hoặc hình trụ. Bào tử có khả năng chịu nhiệt, axit, sự hình thành nội bào tử không bị ngăn cản bởi sự tiếp xúc không khí. Các loài thuộc chi Bacillus đặc trưng cho trực khuẩn sinh bào tử mà vẫn giữ nguyên hình que khi mang bào tử, trong một số trường hợp chỉ hơi phình to lên một chút [20]. Tùy theo loài, bào tử có thể nằm giữa, gần cuối, hoặc ở cuối [17], [45].
- Đặc điểm phân bố: Nhờ khả năng sinh bào tử nên Bacillus có thể tồn tại trong thời gian rất dài dưới các điều kiện khác nhau. Chúng rất phổ biến trong tự nhiên nên có thể phân lập từ nhiều nguồn khác nhau như đất, nước, không khí, phân, trầm tích biển, thức ăn, sữa, lớp mùn,...chủ yếu là đất nơi mà đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ C và N [40], [45].
- Dinh dưỡng và tăng trưởng:
+ Hầu hết các loài thuộc chi Bacillus là những sinh vật hóa dị dưỡng, thu năng lượng nhờ sự oxi hóa các hợp chất hữu cơ như đường, amino axit, axit hữu cơ,... Một số VK tự dưỡng không bắt buộc (B. schlegelli)có khả năng PT trong MT chỉ có CO2. Một số loài Bacillus (B. subtilis) có khả năng sử dụng các chất vô cơ, trong khi một số loài khác như B. sphaericus, B. cereus cần các hợp chất hữu cơ (vitamin, axit amin) cho sự ST. Đặc biệt Bacillus gây bệnh cho côn trùng như B. thuringiensis, B. popllae, B. lentimorbus, B. cereus, B. anthracis (trong đó B. cereus, B. anthracis gây bệnh trên người) có nhu cầu dinh dưỡng phức tạp, chúng không PT được trong môi trường VK thông thường như NA, NB [40], [42], [45].
+ Phần lớn các loài thuộc chi Bacillus là VK hiếu khí hoặc kị khí tùy nghi, nhiệt độ ST tối ưu từ 30 – 450C, một số VK chịu nhiệt với nhiệt độ ST tối ưu lên tới 650C, hoặc ưa lạnh (50
C – 250C). Các loài VK thuộc chi Bacillus ST trong khoảng pH rộng từ 2 – 11. Trong phòng thí nghiệm, dưới điều kiện ST tối ưu, Bacillus có thời gian thế hệ là 25 phút. Nhờ có phổ chịu đựng pH, nhiệt độ và muối rộng nên
Bacilluscó thể tồn tại ở điều kiện bất lợi trong thời gian dài [29], [40]. - Một số loài Bacillus phổ biến trong tự nhiên
+ B. subtilis (trực khuẩn cỏ khô) được phát hiện đầu tiên trong phân ngựa (1941) bởi tổ chức y học Nazi của Đức [18]. Lúc đầu, loài này được sử dụng để phòng bệnh lỵ cho các chiến sĩ Đức chiến đấu ở Bắc Phi. Chúng có KL khô, không màu hoặc có màu xám nhạt, trắng, hơi nhăn hay tạo ra các lớp màng mịn, lan trên bề mặt thạch. KL có mép nhăn bám vào MT thạch. Trực khuẩn hình que, ngắn, nhỏ, TB đứng riêng rẽ hoặc chuỗi. Nhiệt độ tối ưu cho ST là 36-500 C, tối đa là 600 C. Bào tử chịu được nhiệt độ khá cao, có hình bầu dục, phân bố lệch tâm. Nhờ khả năng sinh một số enzyme ngoại bào (amylase, cellulase, protease,…) và sinh tổng hợp được nhiều loại KS như subtilin, subtilosin A, sublancin,…mà B. subtilisđược ứng dụng rất rộng rãi trong chăn nuôi, y học, thực phẩm,…[20]
+ B. amyloliquefaciens có hình thái KL và TB tương tự B. subtilis. Nhưng khác nhau về đặc tính sinh hóa, có khả năng lên men đường lactose nhanh và lên men glucose chậm, thành phần G + C của B. subtilis khoảng 41,5% - 43,5% còn trong chủng B. amyloliquefaciens là 43,5 – 44,9%.
Chúng phân bố phổ biến trong đất, nước. Do có khả năng sinh tổng hợp mạnh các enzyme như amylase, protease [43], lipase [55], phytase, xenlulase và xylanase [47] nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất enzyme, công nghiệp thuộc da [44], [49]. Ngoài ra, B. amyloliquefaciens còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như nông nghiệp, y học bởi khả năng sinh các chất chuyển hóa như vitamin, nucleoside purine (inosine, guanosine) [52], [53], chất kháng khuẩn (bacteriocin), chất kháng nấm (bacimin), hoocmon tăng trưởng thực vật IAA [43], [52], [53], [60]. Đặc biệt, nhiều nghiên cứu cho thấy các chế phẩm probiotic từ
Bacillus amyloliquefaciensđã góp phần cải thiện chất lượng MT nước, tăng cường các phản ứng miễn dịch, kiểm soát sự PT quá mức của VSV gây bệnh cho tôm, cá,…[73].
+ B. licheniformis là VK hoại sinh, bào tử hình ovan, phát tán chủ yếu trong đất, kể cả đất nghèo dinh dưỡng như đất hoang hay sa mạc. KL nhỏ, màu trắng đục, bề mặt nhăn nheo. TB chuyển động nhờ tiêm mao và loài này kỵ khí không bắt buộc.
+ B. pumilusphát tán rộng khắp nơi, thường có mặt trong đất nhiều hơn B. subtilis. KL nhỏ, xung quanh viền mờ không ranh giới. TB của nó gần giống tế bào
B. subtilis.
+ B. megaterium có KL hình tròn đều, không có thùy, không có nếp, mép tròn hoặc hơi lượn sóng, màu trắng kem, trông giống như giọt bạch lạp (nến trắng), thường có vòng hoặc các vòng đồng tâm trên mặt. TB dài, đứng riêng rẽ hoặc xếp thành chuỗi. Bào tử hình elip, nằm lệch tâm. B. megaterium được sử dụng trong sản xuất penicillin nhờ khả năng tổng hợp penicillin amidase. Bên cạnh đó, chúng còn có thể sản sinh các enzyme phân hủy sinh học, sản sinh vitamin B12, oxetanocin, cytochromes P450 và một số axit amin khác (Furch et al., 2007).
+ B. polymyxa có KL không màu, phẳng, lồi, trơn, lan dần ra xung quanh, mép đôi khi có thùy. TB đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đôi, chuỗi ngắn. Bào tử hình bầu dục kéo dài. Loại VK này làm giảm pectin và polysaccarit trong cây. Ngoài ra, chúng còn có khả năng cố định đạm. Đây là một VK rất phổ biến trong đất.
+ B. cereus có KL phẳng, khá khuếch tán, hơi lõm, trắng đục. TB đứng riêng rẽ hay xếp thành chuỗi. Bào tử có hình bầu dục, nằm lệch tâm, TB chất có chứa các hạt và không bào nhỏ. Chúng thường phát tán khắp nơi, sinh sôi, nảy nở trên thực phẩm và có thể sinh độc tố gây ngộ độc thực phẩm.